PL214243B1 - Ciagly sposób wytwarzania platu ze zwiazanego wlókna mineralnego - Google Patents

Description

Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 369977 (22) Data zgłoszenia: 20.12.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

20.12.2002, PCT/EP02/014629 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

03.07.2003, WO03/054270 (11) 214243 (13) B1 (51) Int.Cl.

D04H 1/70 (2012.01) D04H 1/00 (2006.01) D04H 13/00 (2006.01)

Opis patentowy przedrukowano ze względu na zauważone błędy (54) Ciągły sposób wytwarzania płatu ze związanego włókna mineralnego

(30) Pierwszeństwo: 21.12.2001, EP, 01310773.5	(73) Uprawniony z patentu: ROCKWOOL INTERNATIONAL A/S, Hedehusene, DK
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	(72) Twórca(y) wynalazku:
02.05.2005 BUP 09/05	ANDERS ULF CLAUSEN, Koge, DK BENT JACOBSEN, Roskilde, DK
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.07.2013 WUP 07/13	(74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Małgorzata Grabowska

PL 214 243 B1

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy ciągłego sposobu wytwarzania płatu ze związanego włókna mineralnego, takiego, który umownie określa się płatem o „dwojakiej gęstości”. Płaty te są związanymi wyrobami z włókna mineralnego, zawierającymi górną warstwę sczepioną z dolną warstwą o mniejszej gęstości niż górna warstwa, przy czym każda warstwa jest związaną, nie tkaną siecią z włókna mineralnego.

Zwykle stosowanym sposobem wytwarzania wyrobów o dwojakiej gęstości jest dostarczanie ciągłej wstęgi z włókna mineralnego, która zawiera środek wiążący, rozdzielanie tej wstęgi na pewnej głębokości na pod-wstęgi górną i dolną, poddawanie górnej pod-wstęgi ściskaniu w kierunku grubości tak, aby zwiększyć jej gęstość, ponowne łączenie pod-wstęg w celu utworzenia nieutwardzonego płatu, a następnie utwardzanie środka wiążącego w celu utworzenia związanego płatu. W ten sposób górna pod-wstęga tworzy górną warstwę o większej gęstości, sczepioną z dolną warstwą o mniejszej gęstości.

Typowe ujawnienia znanych sposobów dotyczących dwojakiej gęstości podano np. w międzynarodowej publikacji nr WO 88/00265 i opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 917 750. W każdym przypadku, wstęga, którą rozdziela się na dwie pod-wstęgi, jest wstęgą uformowaną wstępnie na przenośniku. Jak ujawniono w międzynarodowej publikacji nr WO 88/00265, wstęga może być uformowana techniką układania krzyżowego. Jak przedstawiono w obu tych opisach, wstęgę przepuszcza się pod pewną liczbą walców, w miarę jak zbliża się ona do urządzenia do rozdzielania wstęgi na pod-wstęgi, górną i dolną.

Jeżeli przed rozdzieleniem wstęga nie jest poddawana ściskaniu wzdłużnemu, włókna we wstędze będą zasadniczo zorientowane równolegle do przenośnika, ponieważ jest to dominująca orientacja podczas normalnego sposobu układania włókna. Tym niemniej jednak, w europejskim opisie patentowym nr EP-A-1 111 113 wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu przed jej rozdzieleniem, czego efektem jest to, że włókna nie mają już orientacji zasadniczo równoległej do przenośnika, lecz zamiast tego mają orientację, która albo ma makroskładową pionową (tak, aby stworzyć znacząco widoczne fałdy, jak pokazano na fig. 2 w europejskim opisie patentowym nr EP-A 1 111 113), albo ma mikrokonfigurację (w której pionowa rekonfiguracja włókien miała miejsce, lecz nie jest tak dobrze widoczna nieuzbrojonym okiem, jak opisano np. w europejskim opisie patentowym nr 0 889 981).

W znanych sposobach dotyczących dwojakiej gęstości, górną pod-wstęgę poddaje się co najwyżej ściskaniu w kierunku grubości. Tym niemniej jednak, siłą rzeczy, ściskanie w kierunku grubości powoduje niewielkie wydłużenie wstęgi i znaną praktyką jest, po etapie ściskania w kierunku grubości, kompensowanie tego zjawiska poprzez stosowanie etapu ściskania wzdłużnego. Ujawniono to w europejskim opisie patentowym nr EP-A-1 111 113 (akapit 59). Ponieważ ściskanie w kierunku grubości będzie powodować jedynie niewielkie wydłużenie, późniejsze kompensujące ściskanie wzdłużne także będzie niewielkie.

Prowadzone przez Zgłaszającego, niepublikowane badania wykazały, że górna warstwa i dolna warstwa służą różnym, lecz wzajemnie powiązanym celom w zakresie kształtowania ogólnych właściwości płatu o dwojakiej gęstości, przy czym na właściwości każdej warstwy mają znaczący wpływ makro- i mikroukłady włókien w każdej warstwie w płacie finalnym. Ponieważ początkowa orientacja włókien w górnej pod-wstędze i w dolnej pod- wstędze jest taka sama, ogranicza to zdolność uzyskania optymalnych właściwości. Tym samym, układ włókien we wstędze początkowej, który jest optymalny w odniesieniu do dolnej warstwy, może nie być optymalnym w odniesieniu do warstwy górnej i odwrotnie.

Niniejszy wynalazek opiera się w części na zrozumieniu, że bazując na pod-wstęgach o tej samej orientacji włókien i następnie co najwyżej poddawaniu górnej wstęgi zwykłemu ściskaniu na grubość (ewentualnie z późniejszym niewielkim, kompensującym ściskaniem wzdłużnym), można nie uzyskać optymalizacji orientacji włókien w każdej warstwie, z uwzględnieniem różnych funkcji, jakie ma spełniać każda warstwa. Naturalnie, różnica gęstości będzie nadawać bardzo różne właściwości obydwu warstwom, lecz niniejszy wynalazek wykorzystuje zrozumienie, że korzyści z górnej warstwy można zoptymalizować, jeżeli zostanie ona poddana więcej niż zwykłemu ściskaniu w kierunku grubości w znany sposób (ewentualnie z późniejszym niewielkim ściskaniem wzdłużnym). Ponieważ podwstęgi górna i dolna mają tę samą prędkość podczas formowania i w chwili ponownego łączenia się w celu utworzenia nieutwardzonego płatu, zachodzi konieczność kompensowania dodatkowego ściskania wzdłużnego w górnej pod-warstwie.

W międzynarodowej publikacji patentowej nr WO 94/16162 ujawniono sposób, w którym podwstęgi górna i dolna powstają poprzez rozdzielanie wstęgi wyjściowej i zanim zostaną ponownie połąPL 214 243 B1 czone, są poddawane niezależnym obróbkom. Tak więc, na fig. 1, jedną pod-wstęgę poddaje się fałdowaniu poprzez ściskanie wzdłużne, po którym ewentualnie następuje ściskanie w kierunku grubości albo ściskanie na długości, podczas gdy drugą pod-wstęgę poddaje się układaniu krzyżowemu, a następnie ściskaniu na długości i ściskaniu w kierunku grubości i/lub dalszemu ściskaniu na długości. Sposób ten umożliwia niezależne konfigurowanie obydwu pod-wstęg i uzyskanie wyrobu o dwojakiej gęstości, lecz jest obarczony nieodłączną wadą polegającą na tym, że główne etapy obróbki prowadzone oddzielnie w odniesieniu do obydwu pod-wstęg wymagają niezwykle skomplikowanego i długiego urządzenia.

Prostsze sposoby, w których dolna pod-wstęga ma taką samą konfigurację jak wstęga wyjściowa, także przedstawiono w międzynarodowej publikacji nr WO 94/16162, lecz są one obarczone typową wadą polegającą na tym, że właściwości wstęgi pierwotnej mogą nie być optymalne w odniesieniu zarówno do pod-wstęgi górnej, jak i dolnej.

Obecnie stwierdzono, iż można przeprowadzać sposób dotyczący dwojakiej gęstości metodą, która umożliwia optymalizację orientacji włókien w górnej warstwie, zasadniczo niezależnie od orientacji w dolnej warstwie.

Ciągły sposób wytwarzania płatu ze związanego włókna mineralnego, zawierającego górną warstwę sczepioną z dolną warstwą o mniejszej gęstości niż gęstość górnej warstwy, w którym każdą warstwę stanowi związana nietkana sieć z włókna mineralnego, polega na tym, że obejmuje dostarczanie ciągłej wstęgi z włókna mineralnego zawierającej środek wiążący, rozdzielanie wstęgi w kierunku grubości na pod-wstęgi górną i dolną, ponowne łączenie pod-wstęg z wytworzeniem nieutwardzonego płatu, gdzie górna pod-wstęga stanowi górną warstwę płatu i utwardzenie środka wiążącego i wyróżnia się tym, że po podzieleniu wstęgi w kierunku grubości na pod-wstęgi górną i dolną i przed połączeniem pod-wstęg, sposób obejmuje poddawanie górnej pod-wstęgi ściskaniu w kierunku grubości i większemu ściskaniu wzdłużnemu niż jest to wymagane do skompensowania ściskania w kierunku grubości oraz poddawanie górnej pod-wstęgi rozciąganiu wzdłużnemu i/lub dolnej pod-wstęgi ściskaniu wzdłużnemu tak, że pod-wstęgi górna i dolna są zasadniczo tak samo ściśnięte wzdłużnie. Górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu przed albo w trakcie ściskania w kierunku grubości, dolną pod-wstęgę pozostawia się wolną od ściskania wzdłużnego, bądź w kierunku grubości, górną pod-wstęgę zaś poddaje się rozciąganiu wzdłużnemu pomiędzy ściskaniem wzdłużnym i ponownym połączeniem z dolną pod-wstęgą. Górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu, które zmniejsza jej prędkość ruchu do wartości 70-95% prędkości ruchu dolnej pod-wstęgi. Górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu do osiągnięcia prędkości wynoszącej 70-95% prędkości dolnej pod-wstęgi, górną pod-wstęgę poddaje ściskaniu w kierunku grubości, a następnie górną pod-wstęgę rozciąga się do osiągnięcia zasadniczo prędkości dolnej pod-wstęgi. Wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu przed jej rozdzieleniem na pod-wstęgi górną i dolną.

W ten sposób obydwie pod-wstęgi mają zasadniczo tę samą prędkość przemieszczania przy ich rozdzielaniu i przy ich ponownym łączeniu. Pożądane jest także, aby długości przebytej drogi obydwu pod-wstęg nie różniły się znacząco. Przykładowo, ze względu na urządzenie i dostępną przestrzeń, wygodne jest, aby obydwie pod-wstęgi podążały drogą o tej samej długości, bądź też aby dłuższa droga wynosiła nie więcej niż 1,3- albo 1,5-krotności drogi krótszej. Niewielkie różnice prędkości bezpośrednio przed ponownym połączeniem mogą być tolerowane pod warunkiem, że wszelkie wynikowe naprężenia w jednej albo w obydwu pod-wstęgach w chwili ponownego połączenia będą na tyle małe, aby nie dochodziło do odkształcenia albo do rozwarstwienia płatu.

W jednym korzystnym sposobie, górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu przed albo w trakcie ściskania w kierunku grubości, dolnej pod-wstęgi nie poddaje się znaczącemu ściskaniu wzdłużnemu albo w kierunku grubości, górną pod-wstęgę zaś poddaje się rozciąganiu wzdłużnemu, pomiędzy ściskaniem wzdłużnym i ponownym łączeniem z dolną pod-wstęgą.

Pewną część albo całość rozciągania wzdłużnego można stosować podczas ściskania w kierunku grubości, lecz po wcześniejszym ściskaniu wzdłużnym, bądź też całość rozciągania wzdłużnego można stosować po zakończeniu ściskania w kierunki grubości. Rozciąganie można wykonać poprzez ciągnięcie górnej pod-wstęgi w kierunku położenia, w którym ma ona ponownie połączyć się z dolną pod-wstęgą, za pomocą pary walców zaciskowych, które obracają się szybciej niż walce albo pasy powodujące ściskanie wzdłużne i/lub ściskanie w kierunku grubości.

Korzystnie, rozciąganie jest takie, aby powodować odprężenie struktury nie powodując żądnej widocznej dla oka zmiany orientacji włókien.

PL 214 243 B1

W niektórych sposobach ściskanie wzdłużne prowadzi się w dwóch albo większej liczbie etapów, bądź też może ono wzrastać stopniowo, a często ściskanie wzdłużne stosuje się podczas ściskania w kierunku grubości.

Zamiast stosowania rozciągania wzdłużnego górnej pod-wstęgi przed ponownym połączeniem jej z dolną pod-wstęgą albo dodatkowo z tym zabiegiem, dolną pod-wstęgę można poddać ściskaniu wzdłużnemu wystarczającemu do tego, aby miała ona zasadniczo takie samo całkowite ściskanie wzdłużne jak górna pod-wstęga.

Wielkość ściskania wzdłużnego w górnej pod-wstędze wynosi zwykle 5-35%, korzystnie około 10-20%. Tak więc przykładowo, jeżeli obydwie pod-wstęgi w chwili rozdzielania ich mają prędkość V, prędkość górnej pod-wstęgi przed jakimkolwiek końcowym rozciąganiem wzdłużnym wynosi zwykle około 0,8 do 0,9 albo 0,95 prędkości V, a jeżeli nie stosuje się rozciągania podłużnego wstęgi, wówczas stosuje się korzystnie podobne ściskanie wzdłużne dolnej pod-wstęgi.

Włókna wstęgi wyjściowej mogą być zorientowane zasadniczo równolegle do powierzchni wstęgi. Należy rozumieć przez to, że włókna we wstędze mają typową, zasadniczo poziomą konfigurację, która jest typowa dla włókien mineralnych zbieranych w procesie układania napowietrznego, bez jakiegokolwiek zamierzonego ściskania wzdłużnego albo innej zmiany pionowego układu włókien. Naturalnie, układanie nie jest całkowicie poziome, lecz dominująca orientacja jest wyraźnie widoczna nieuzbrojonym okiem jako zasadniczo równoległa do powierzchni wstęgi.

Wstęga na tym etapie może być wstęgą formowaną poprzez bezpośrednie zbieranie włókien mineralnych poprzez układanie napowietrzne do żądanej grubości, bądź też może być wstęgą uformowaną poprzez układanie szeregu takich wstęg pierwotnych jedna na drugiej, bądź też częściej, poprzez układanie krzyżowe wstęgi pierwotnej tak, aby uformować wstęgę o żądanej grubości.

Korzystnie jednak, w wyniku ściskania wzdłużnego całej wstęgi przed rozdzieleniem, włókna mają orientację ze znaczącą składową pionową w chwili rozdzielania wstęgi na pod-wstęgi górną i dolną. To ściskanie wzdłużne może być takie, aby nadawało albo makrostrukturę, albo mikrostrukturę, jak to ujawniono w europejskich opisach patentowych nr EP-A-0 889 981 albo nr EP-A-1 111 113.

Wstęgę rozdziela się na pewnej głębokości na pod-wstęgi górną i dolną w znany sposób, za pomocą noża albo innego urządzenia rozdzielającego, które zwykle jest umieszczone zasadniczo poziomo w żądanej odległości ponad przenośnikiem, na którym w sposób ciągły przenoszona jest wstęga. Usytuowanie urządzenia rozdzielającego dobiera się w taki sposób, aby zapewnić właściwe względne grubości wstęg górnej i dolnej. Grubość górnej pod-wstęgi w chwili rozdzielania wynosi zwykle 5-60% grubości całej wstęgi. Zwykle wynosi ona co najmniej 20%, a często co najmniej 30% całkowitej grubości, ponieważ górną wstęgę poddaje się zwykle bardzo dużemu ściskaniu w kierunku grubości oraz wymaga się odpowiedniej grubości po tym zabiegu. Na ogół górna pod-wstęga stanowi nie więcej niż około 50% albo co najwyżej około 55% całkowitej grubości wstęgi, ponieważ zwykle wymaga się, aby dolna warstwa miała wystarczającą grubość i zawartość strukturalną dla nadania znaczących właściwości wyrobowi finalnemu. Tym niemniej jednak, jeżeli górna warstwa ma być dość gruba, a ewentualnie nawet grubsza niż dolna warstwa, może okazać się konieczne, aby górna podwstęga była grubsza niż 55% wstęgi.

W całym opisie używa się terminów „górna” pod-wstęga i warstwa oraz „dolna” pod-wstęga i warstwa w ich konwencjonalnym zastosowaniu, gdzie umownie uważa się, że płat o dwojakiej gęstości ma warstwę o większej gęstości na swej najwyższej powierzchni. Oczywiście jednak, wynalazek obejmuje płaty, które używane są w innym położeniu oraz sposoby wytwarzania, w których większe ściskanie w kierunku grubości stosuje się w odniesieniu do pod-wstęgi, która leży poniżej drugiej podwstęgi, choć w praktyce jest to mniej korzystne.

Należy także rozumieć, że choć wynalazek opisano w całości używając terminów górna i dolna warstwa oraz górna i dolna pod-wstęga, wynalazek rozciąga się także na sposoby, w których w wyrobie finalnym istnieje jedna warstwa albo większa liczba warstw i odpowiadających im pod-wstęg, przy czym te inne pod-wstęgi mogą być poddawane takiemu ściskaniu w kierunku grubości i/lub wzdłużnemu jak górna pod-wstęga i/lub dolna pod-wstęga. W szczególności, może istnieć warstwa o większej gęstości ponad górną warstwą, np. tak jak to opisane w międzynarodowej publikacji nr WO 00/73600.

Ściskanie w kierunku grubości górnej pod-wstęgi jest zawsze duże po to, aby ta pod-wstęga dostarczała górnej warstwy o żądanej dużej gęstości. Na ogół całkowite ściskanie w kierunku grubości górnej pod-wstęgi, gdy łączy się ona ponownie z dolną pod-wstęgą, wynosi powyżej 50%, korzystnie powyżej 70%, a najkorzystniej powyżej 85% (tak, aby końcowa grubość górnej pod-wstęgi była mniejsza niż 15% jej grubości w chwili początkowego oddzielenia od dolnej pod-wstęgi). Zwykle wynikowa

PL 214 243 B1 grubość po całkowitym ściskaniu w kierunku grubości jest mniejsza niż 97%, a najkorzystniej mniejsza niż 95% grubości początkowej.

Zwykle warstwy górna i dolna w wyrobie finalnym mają grubość całkowitą 30-300 mm. Górna warstwa ma zwykle grubość 8-30 mm, lecz może ona być większa. Górna warstwa wynosi zwykle 3-25% całkowitej grubości, lecz może to być więcej, np. do 50% albo nawet 75%.

Każde ściskanie wzdłużne można zrealizować w znany sposób, przepuszczając odnośną podwstęgę z jednego zestawu powierzchni przenoszących (którymi mogą być pasy albo walce) do drugiego zestawu, który porusza się wolniej. Przykładowo, górna pod-wstęga może przechodzić z ciągu walców albo pasów poruszających się z jedną prędkością do zwężającego się kanału pomiędzy dwoma przenośnikami, które poruszają się z mniejszą prędkością (tak, aby powodować ściskanie wzdłużne, po którym następuje ściskanie w kierunku grubości). Ściskanie wzdłużne dolnej pod-wstęgi można osiągnąć poprzez przejście ze zbieżnych walców albo pasów, które zapewniają ściskanie w kierunku grubości, do zestawu walców albo pasów, które poruszają się wolniej i które są równoległe do siebie tak, że nie powodują ściskania w kierunku grubości.

Mimo, iż w górnej i dolnej pod-wstędze istnieje nieutwardzony środek wiążący i może to być wystarczające do uzyskanie odpowiedniej integralności finalnego płatu, można zastosować dodatkowy środek wiążący na granicy pomiędzy górną i dolną pod-wstęgą w miejscu, w którym się ponownie łączą, aby wspierać integralność finalnego płatu.

Następnie, płat przechodzi przez piec do utwardzania w celu utwardzania całości środka wiążącego w znany sposób.

Włókna mineralne mogą być dowolnymi odpowiednimi włóknami, takimi jak włókno szklane, włókno mineralne albo żużlowe, Wynalazek jest szczególnie cenny w przypadku zastosowania do włókien mineralnych uzyskanych w drodze rozwłókniania odśrodkowego, a w szczególności w drodze rozwłókniania roztopionej skały, kamienia albo żużla za pomocą odśrodkowej przędzarki kaskadowej.

Korzystne sposoby według wynalazku przeprowadza się w sposób zilustrowany i opisany w odniesieniu do fig. 7a i 7b europejskiego opisu patentowego nr EP-A-1 111 113.

W jednym korzystnym sposobie, wszystkie walce 53 działają z tą samą prędkością, która wynosi 90% prędkości walców 50 i przenośnika 51, powodując tym samym 10% ściskania wzdłużnego. Po tym może następować etap rozciągania pomiędzy walcami 55, gdzie górna pod-wstęga ponownie łączy się z dolna pod wstęgą.

W tej postaci, walce 54 mogą pracować z tą samą prędkością co walce 53. W innej postaci jednak, pracują one mniejszą prędkością, zapewniając tym samym inne ściskanie podłużne pomiędzy walcami 53 i 54. W innej postaci pracują one z prędkością pośrednią pomiędzy prędkością walców 53 i prędkością górnej pod-wstęgi i dolnej pod-wstęgi. Przykładowo, jeżeli walce 53 powodują przebieg z 90% prędkością wstęgi podczas jej rozdzielania, walce 54 mogłyby poruszać się np. z 95% tej prędkości.

Zamiast tego albo oprócz tego, przenośnik 49 można zastąpić przenośnikiem wzdłuż części długości tak, aby kontrolować ruch dolnej pod-wstęgi, po którym następuje przenośnik albo zestaw walców poruszających się nieznacznie wolniej tak, aby zapewnić ściskanie wzdłużne.

Ustalono, że orientacja włókien w górnej warstwie jest niepowtarzalna, przy czym wynikiem uzyskania tej niepowtarzalnej orientacji jest górna warstwa zapewniająca lepszą odporność na penetrację i osiągi jako górna warstwa wyrobu o dwojakiej gęstości, niż uzyskuje się to w przypadku górnej warstwy nie mającej tej orientacji, gdy wszystkie inne warunki są takie same. Tak więc, w wyniku uzyskania tej niepowtarzalnej orientacji, możliwe jest uzyskanie równoważnych wyników przy mniejszej ilości włókna i/lub lepszych wyników przy takiej samej ilości włókna, podczas gdy dolna warstwa pozostaje niezmieniona. Podobnie, można uzyskać lepsze wyniki stosując tę samą dolną warstwę albo równoważne wyniki stosując dolną warstwę o gorszej jakości.

Nowatorska orientacja włókien osiągalna sposobami według wynalazku jest również osiągalna innymi sposobami, a tym samym stanowi to inny aspekt wynalazku.

W szczególności, w sposobie według wynalazku, dostarcza się warstwę o dwojakiej gęstości, w której górną warstwę o większej gęstości można zdefiniować za pomocą jej wartości Kappa i Tau w jednym albo większej liczbie przekrojów poprzecznych, przy czym wartości te uzyskuje się w wyniku badania skanującego części każdego odpowiedniego przekroju poprzecznego w kierunku grubości warstwy oraz przetwarzania danych przy użyciu szybkiego przekształcenia Fouriera.

W szczególności, w sposobie według wynalazku, dostarcza się warstwę o dwojakiej gęstości, w której górną warstwę o większej gęstości można zdefiniować za pomocą jej wartości Kappa i Tau w jednym albo większej liczbie przekrojów poprzecznych, przy czym wartości te uzyskuje się w wyniku

PL 214 243 B1 pomiaru części każdego odpowiedniego przekroju poprzecznego w kierunku grubości warstwy w płaskim skanerze, takim jak Hewlett Packard Scanjet 6100C. Wyrób przeznaczony do badania umieszcza się na skanerze w taki sposób, aby znajdował się na skanerze z krótszą odległością prostopadłą do kierunku skanowania, patrz rysunek.

Do przygotowania skanera użyto oprogramowania skanera Desk Scan II, z następującymi ustawieniami: Sharp B i W. Photo, rozdzielczość 120 x 120 dpi oraz automatyczna regulacja jaskrawości i kontrastu. Skanowany obraz (15 mm x 270 mm) podzielono na szereg lokalnych okienek (1 x 33) o jednakowej wielkości (32 x 32 piksele), w których dominującą orientację włókien oszacowano za pomocą szybkiego przekształcenia Fouriera.

Jak jest to znane, dwuwymiarowy układ, np. równoległych pasków, można wyrazić za pomocą szybkiego przekształcenia Fouriera jako niewielką liczbę punktów, zaś złożony układ dwuwymiarowy, taki jak przekrój poprzeczny sieci z włókna mineralnego, można wyrazić za pomocą szybkiego przekształcenia Fouriera jako dużą liczbę punktów. Punkty te będą rozmieszczone w postaci układu, który może być kołowy, lecz częściej jest eliptyczny.

Wartość Tau dla przekroju poprzecznego definiuje się jako średnią geometryczną stosunku długości elipsy do szerokości, dla każdego z 33 lokalnych okienek, a tym samym duża wartość wskazuje na lokalny dobrze zorganizowany układ (wysoka spójność miejscowa), zaś niższa wartość bliska 1 wskazuje na to, że nie można lokalnie zdefiniować układu. Wartość Kappa stanowi wskazanie rozkładu statystycznego różnorodnych kątów, pod jakimi elipsa jest rozmieszczona lokalnie dla różnych części całkowitej struktury, która jest poddawana badaniu. Duża wartość Kappa wskazuje na wąski rozkład statystyczny kątów, natomiast mała wartość Kappa wskazuje na szeroki rozkład.

Opis zasad wartości Tau i Kappa dla przekrojów poprzecznych w kierunku grubości sieci z włókna mineralnego opisano w rozprawie doktorskiej „Heat Transfer in Rockwool Modellinc and Method of Measurement”, S. Dyrbol, Wydział Budownictwa i Energii Politechniki Duńskiej oraz Rockwool International A/S, 1998. Należy uczynić odniesienie do tego artykułu w zakresie sposobu badania przekroju poprzecznego i sposobu zastosowania szybkiego przekształcenia Fouriera do wyników badań i obliczania wartości Tau i Kappa dla przekroju poprzecznego. Innymi związanymi publikacjami są „Computer-Assisted Microscopy. The Measurement and Analysis of Image”, Russ Plenum Press, New York, 1990; Larsen i Hansen, ,,Orientation Analysis of Insulation Materials, A feasibility Studie for Rockwool International A/S”, Wydział Modelowania Matematycznego Politechniki Duńskiej, 1997 IMM-TR-2001-03; oraz Ersboll i Conradsen „Analysis ofdirectional data for Rockwool A/S”, Wydział Modelowania Matematycznego Politechniki Duńskiej, 1998 IMM-TR- 2001-04.

W każdym przypadku jest konieczne ustalenie wartości Tai i Kappa, przyjmując średnią wartość z co najmniej 5 odrębnych ustaleń, przy czym każde obejmuje 3 przekroje poprzeczne.

W jednej postaci wyrobu według wynalazku, górna warstwa ma wartość Tau, ustaloną na pierwszym przekroju poprzecznym X (Tx) poniżej 4,5. Wartość Tau może wynosić 1 albo może być bliska 1, lecz w praktyce wartość Tau wynosi często co najmniej 1,5, zwykle co najmniej 2, a korzystnie wynosi poniżej 4, najkorzystniej zaś poniżej 3,5. Wartości te są zadowalające, gdy górna warstwa ₃ ma typową gęstość, zazwyczaj 100-200 kg/m³. Tym niemniej jednak, dobre wyniki uzyskuje się także przy nieco większych wartościach Tx, gdy gęstość jest duża. Tak więc, w alternatywnej postaci, górna 33 warstwa ma gęstość powyżej 200 kg/m³, do 300 kg/m³ oraz ma Tx poniżej 5,0. Korzystnie, Tx, nawet dla tych wyrobów o dużej gęstości, wynosi poniżej 4,5, najkorzystniej poniżej 4.

Stwierdzono, że górne warstwy znanego typu są mniej efektywne, ponieważ górna warstwa w wyrobie o dwojakiej gęstości ma typowo wartość Tau 6 albo 7, bądź około 5, gdy gęstość jest tylko ₃ umiarkowana, np. nie większa niż 200 kg/m³.

Stwierdzono, że inny sposób wyznaczenia zadowalającego układu włókien dla górnej warstwy polega na odniesieniu do stosunku Ty : Tx, gdzie Ty jest wartością Tau (Ty) mierzoną na przekroju poprzecznym Y w kierunku grubości, prostopadłym do przekroju poprzecznego X w kierunku grubości. W tej postaci stosunek Ty : Tx powinien wynosić co najmniej 1,8, a korzystanie wynosi co najmniej 2,0. Często wynosi on 2,3-3,5, lecz może wynosić do 4,0 albo nawet więcej. Stwierdzono, że konwencjonalne, mniej zadowalające warstwy górne, mają typowo stosunek Ty : Tx nie większy niż 1,7, często nie większy niż około 1,5 albo 1,6.

₃

Korzystne wyroby mają Tx poniżej 4,5 albo ewentualnie do 5, przy gęstości 200-300 kg/m³, zaś Ty : Tx wynosi co najmniej 1,8, przy czym korzystne wartości Tx i stosunku są takie, jak opisano wyżej.

Kierunek X jest korzystnie wzdłużnym kierunkiem wytwarzania płatu. W trakcie początkowej produkcji, płat uzyskuje się poprzez zbieranie włókien w postaci wstęgi poruszającej się w kierunku X,

PL 214 243 B1 przy czym wstęga zawiera nieutwardzony środek wiążący, rozdzielanie wstęgi w kierunku grubości na warstwy górną i dolną, konsolidowanie górnej warstwy w kierunku głębokości w celu nadania jej większej gęstości niż warstwa dolna, ponowne łączenie warstw, a następnie utwardzanie środka wiążącego. W praktyce wzdłużny kierunek wytwarzania, a tym samym korzystną orientację kierunku X można określić poprzez obserwację wzoru odciśniętego na górnej i dolnej powierzchni płatu przez piec do utwardzania, podczas utwardzania w znany sposób. Alternatywnie, w niektórych przypadkach, orientacja włókien w dolnej warstwie może być widoczna nieuzbrojonym okiem jako powstała w wyniku układania krzyżowego, w którym to przypadku układanie krzyżowe przebiegać będzie zasadniczo w kierunku Y, poprzecznie do ogólnego kierunku zbierania X.

Stwierdzono, że znaczenie wartości Tau w górnej warstwie o dużej gęstości może bardzo się różnić od znaczenia podobnych numerycznie wartości Tau w dolnej warstwie o mniejszej gęstości, przy czym wartości podane wyżej są wartościami, które wskazują optymalne właściwości w górnej warstwie o dużej gęstości. Stwierdzono także, iż wartość Kappa w górnej warstwie o dużej gęstości jest zwykle bardzo duża, powyżej 10 albo nawet 15, w jednym albo w obydwu kierunkach, podczas gdy w dolnej, podstawowej warstwie, wartość Kappa w obydwu kierunkach jest zwykle względnie mała, np. poniżej 8. Na ogół górne warstwy według wynalazku mają wartość Kappa co najmniej w jednym kierunku powyżej 10, a często co najmniej 13 albo nawet co najmniej 15. Na ogół kierunkiem tej wysokiej wartości Kappa jest kierunek Y, tzn. poprzeczny do kierunku wytwarzania X.

Należy docenić, że gdy czyni się odniesienie np. do wartości Tau (Tx) na przekroju poprzecznym X w kierunku grubości, gdzie X jest wzdłużnym kierunkiem wytwarzania, rozumie się przez to, że przekrój poprzeczny jest prowadzony pionowo (gdy płat znajduje się na powierzchni poziomej) w kierunku wzdłużnym, a przekrój poprzeczny skanuje się następnie poprzecznie, tzn. patrząc w kierunku poprzecznym. Podobnie, gdy czyni się odniesienie np. do wartości Tau na przekroju poprzecznym w kierunku grubości w kierunku poprzecznym, oznacza to wartość Tau wyprowadzoną podczas badania patrząc w kierunku wzdłużnym na przekroje poprzeczne.

Stwierdzono, że uzyskaniu żądanej względnie małej wartości Tx i żądanego względnie dużego stosunku Ty : Tx sprzyja wstęga, która jest dzielona w celu tworzenia pod-wstęg górnej i dolnej, poddanych ściskaniu wzdłużnemu tak, aby wywołać skłonność do pionowej orientacji włókien przed rozdzieleniem na pod-wstęgi górną i dolną. Tym niemniej jednak, włókna korzystnie nie mają orientacji pionowej wyraźnie widocznej nie uzbrojonym okiem, a w szczególności nie są one rozmieszczone w postaci fałd. W szczególności korzystne jest, aby orientacja była typu, który jest osiągalny poprzez ściskanie wzdłużne ujawnione w europejskim opisie patentowym nr 0 889 981, w celu nadania struktury, która nie ma żadnej ogólnej konfiguracji harmonijkowej, a tym samym ma mikrostrukturę bardziej zbliżoną do pokazanej na fig. 4, 5 i 12 w europejskim opisie patentowym nr EP-A-1 111 113 niż makrostrukturę, jak pokazana na fig. 2 tego opisu.

Żądanym wartościom Tau i stosunku Tau sprzyja także poddawanie górnej pod-wstęgi znaczącemu ściskaniu w głąb, lecz względnie małemu ściskaniu wzdłużnemu, np. tak jak opisano w postaciach sposobu opisanego wyżej wynalazku.

Żądanym wartościom Tau i stosunku Tau sprzyja także łączenie ściskania wzdłużnego z rozciąganiem wzdłużnym tak, jak w postaciach sposobu opisanego wyżej wynalazku.

Stosowanie do powyższego, jeżeli stwierdzono, że jakikolwiek konkretny wyrób ma wartość Tau, która jest większa od pożądanej, bądź też stosunek Tau, który jest mniejszy od pożądanego, wartości w ramach ustalonych i pożądanych zakresów można uzyskać zmieniając warunki ogólnie w taki sposób, aby sprzyjało to uzyskaniu struktury wstęgi przed jej rozdzieleniem bardziej zbliżonej do pokazanych czół na fig. 4 i 5 w europejskim opisie patentowym nr EP-A-1 111 113 niż na fig. 1 i 2 i/lub stosując tylko małe do umiarkowanego ściskanie wzdłużne górnej pod-wstęgi, często po zrealizowaniu większości albo całego ściskania w kierunku grubości.

Na ogół wartość Tau można zminimalizować poprzez doprowadzenie do możliwie jak najbardziej chaotycznej struktury włókien, np. w wyniku dążenia do rozmieszczenia w pęczkach. Tym niemniej jednak, uzyskanie małej wartości Tau w obydwu kierunkach X i Y jest niepożądane, ponieważ okazuje się, że w celu zoptymalizowania właściwości górnej warstwy, wartość Tau w jednym kierunku powinna być znacznie większa niż wartość Tau w drugim.

Na ogół, jeżeli Tx jest zbyt małe, sposób powinien zostać wyregulowany poprzez zmniejszenie ściskania wzdłużnego górnej warstwy. Jeżeli stosunek Ty : Tx jest zbyt mały, sposób powinien zostać wyregulowany poprzez zwiększenie ściskania wzdłużnego górnej warstwy. Regulacje można wykonać przed lub po rozdzielaniu na pod-wstęgi, lecz korzystnie wykonuje się to po rozdzieleniu.

PL 214 243 B1

Wartość Kappa w górnej warstwie powyżej 10, a korzystnie co najmniej 12 albo 15 do 30, albo nawet 40, występuje korzystnie w przekroju poprzecznym w kierunku grubości w kierunku Y, tzn. biegnącym poprzecznie do kierunku wytwarzania i badanym patrząc w kierunku wytwarzania. Uzyskiwanie dużych wartości tego typu prowadzi do przejścia w sposób automatyczny od wybierania właściwych wartości Tau w połączeniu ze ściskaniem w kierunku grubości, nadając górnej warstwie wymaganą dużą gęstość. Wartość Kappa określona na przekroju poprzecznym X w kierunku grubości, tzn. we wzdłużnym kierunku wytwarzania, mieści się na ogół w zakresie od 1 do około 12 do 15, często około 2 do 6, a istnieje także tendencja do automatycznego uzyskiwania tych wartości poprzez stosowanie odpowiedniego ściskania wzdłużnego tak, aby umożliwić uzyskanie takiej, która w wyniku całości obróbki ma wymagane wartości Tau.

Dolna warstwa ma zwykle zarówno Kx, jak i Ky poniżej 8. Zwykle Ky jest większe od 2, a często od 3. Kx jest zwykle mniejsze od 3, a korzystnie mniejsze od 2,5. Zazwyczaj stosunek Ky : Kx wynosi co najmniej 1,3:1, a często co najmniej 2:1 albo 3:1.

Tx w dolnej warstwie jest zwykle mniejsze od 3, a Ty jest zwykle większe od 2,5, a najczęściej większe od 3. Stosunek Ty: Tx jest zwykle większy od 1, typowo wynosi co najmniej 1,2.

We wszystkich tych wyrobach wartość X jest korzystnie wartością określoną na przekroju poprzecznym we wzdłużnym kierunku wytwarzania, tzn. wartością patrząc poprzecznie do wstęgi.

Miarą efektywności górnej warstwy w wyrobie o dwojakiej gęstości jest odporność na obciążenia skupione, w szczególności, gdy wykonuje się wykres w funkcji ciężaru włókien na jednostkę powierzchni przy danej grubości wyrobu. Przykładowo, wykonano dwa wyroby o grubości 130 mm, przy ₃ czym każdy z nich ma gęstość w górnej warstwie około 150-160 kg/m³ oraz gęstość w dolnej warstwie 32 około 110-115 kg/m³ i ciężar włókien na jednostkę powierzchni około 15,0-15,5 kg/m². Jeden z nich wykonano w znanym sposobie, w którym wstęgę przed rozdzieleniem wykonano techniką układania krzyżowego z włóknami zasadniczo równoległymi do powierzchni, po którym nastąpiło rozdzielanie na pod-wstęgi górną i dolną oraz samo ściskanie w kierunku grubości górnej pod-wstęgi. Wyrób ten dał wartość Tx około 7 i stosunek Ty : Tx równy 1,4. Jego zmierzona odporność na obciążenia skupione wynosiła 364 N.

Drugi wyrób wykonano przy użyciu korzystnego sposobu opisanego wyżej, przy czym wstęgę wyjściową poddano ściskaniu wzdłużnemu, zasadniczo bez widocznego fałdowania, po czym nastąpiło rozdzielnie na pod-wstęgi górną i dolną z poddaniem górnej pod-wstęgi ściskaniu w kierunku grubości i małemu ściskaniu wzdłużnemu, z następującym po tym rozciąganiem wzdłużnym przed ponownym połączeniem z dolną wstęgą. Górna warstwa miała Tx równe 3,9, Ty : Tx równe 2,1, a wyrób miał odporność na obciążenia skupione równą 645 N.

W celu uzyskania pewności, że różnica odporności na obciążenia skupione była spowodowana wartościami Tx i stosunkiem Ty : Tx, zmierzono także wartości Kappa dla górnej warstwy, jak również zmierzono wartości Kappa i Tau dla dolnej warstwy. Wartości Ky i Kx górnej warstwy w wyrobie o gorszej jakości były nieco większe niż w wyrobie o lepszej jakości, lecz inne doświadczenia, które wykonano, wykazały, że ta niewielka różnica nie będzie mieć znaczenia. W każdym przypadku Ky było większe od 20.

Wartości Kappa i Tau w każdym kierunku w dolnej warstwie okazują się zasadniczo takie same, zaś inne wykonane prace wskazują, że różnice nie będą wystarczające dla wyjaśnienia różnic odporności na obciążenia skupione dla wyrobu jako całości.

Stosownie do powyższego, różnice odporności na obciążenia skupione można przypisać różnicom wartości Tau dla górnej warstwy.

Najlepsze wyniki uzyskuje się, gdy górna warstwa ma opisaną wyżej orientację włókien, a dolna warstwa ma orientacje włókien opisaną w zgłoszeniu patentowym PCT nr odniesienia PRL 04398 WO zarejestrowanym równocześnie z niniejszym, roszczącym pierwszeństwo w stosunku do zgłoszenia europejskiego nr 01310777.6.

Wynalazek może być wykorzystywany do wytwarzania płyt dachowych, płyt fasadowych albo podobnych płyt wytwarzanych ze związanych włókien mineralnych, gdy jest wymagana pewna odporność na obciążenia skupione. Mogą one być używane ogólnie jako izolacja termiczna, warstwa ognioodporna, zabezpieczenie przeciwpożarowe, warstwa dźwiękochłonna, zabezpieczenie przed dźwiękiem oraz jako nośnik upraw ogrodniczych.

PL 214 243 B1

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ciągły sposób wytwarzania płatu ze związanego włókna mineralnego, zawierającego górną warstwę sczepioną z dolną warstwą o mniejszej gęstości niż gęstość górnej warstwy, w którym każdą warstwę stanowi związana nietkana sieć z włókna mineralnego, przy czym sposób obejmuje dostarczanie ciągłej wstęgi z włókna mineralnego zawierającej środek wiążący, rozdzielanie wstęgi w kierunku grubości na pod-wstęgi górną i dolną, ponowne łączenie pod-wstęg z wytworzeniem nieutwardzonego płatu, gdzie górna pod-wstęga stanowi górną warstwę płatu i utwardzenie środka wiążącego, znamienny tym, że po podzieleniu wstęgi w kierunku grubości na pod-wstęgi górną i dolną i przed połączeniem pod-wstęg, sposób obejmuje poddawanie górnej pod-wstęgi ściskaniu w kierunku grubości i większemu ściskaniu wzdłużnemu niż jest to wymagane do skompensowania ściskania w kierunku grubości oraz poddawanie górnej pod-wstęgi rozciąganiu wzdłużnemu i/lub dolnej pod-wstęgi ściskaniu wzdłużnemu tak, że pod-wstęgi górna i dolna są zasadniczo tak samo ściśnięte wzdłużnie.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu przed albo w trakcie ściskania w kierunku grubości, dolną pod-wstęgę pozostawia się wolną od ściskania wzdłużnego, bądź w kierunku grubości, górną pod-wstęgę zaś poddaje się rozciąganiu wzdłużnemu pomiędzy ściskaniem wzdłużnym i ponownym połączeniem z dolną pod-wstęgą.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu, które zmniejsza jej prędkość ruchu do wartości 70-95% prędkości ruchu dolnej podwstęgi.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że górną pod-wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu do osiągnięcia prędkości wynoszącej 70-95% prędkości dolnej pod-wstęgi, górną podwstęgę poddaje się ściskaniu w kierunku grubości, a następnie górną pod-wstęgę rozciąga się do osiągnięcia zasadniczo prędkości dolnej pod-wstęgi.
5. 5. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że wstęgę poddaje się ściskaniu wzdłużnemu przed jej rozdzieleniem na pod-wstęgi górną i dolną.